Une étude explique la croissance de la banquise antarctique et son déclin soudain

Le grand basculement de la glace de mer antarctique

Pendant plus de quarante ans, l’étendue de la banquise antarctique a défié la logique climatique. Des années 1970 jusqu’en 2015, la glace de mer s’est en effet étendue de manière continue, semblant ignorer la hausse générale des températures à l’échelle mondiale et régionale. Ce phénomène singulier constituait l’un des plus grands mystères des sciences de la Terre.

La situation a radicalement changé en 2016. Cette année-là, la surface glacée a subi un déclin brutal, tombant à des niveaux historiquement bas. Depuis cet effondrement soudain, la couverture glaciaire n’a jamais retrouvé son volume d’antan, marquant l’entrée dans une ère inédite de faible étendue des glaces.

Une nouvelle étude menée par l’Université de Stanford, publiée le 23 mars dans la revue scientifique Proceedings of the National Academy of Sciences, lève enfin le voile sur cette anomalie. Les chercheurs ont pu démontrer que cette perte de glace sans précédent est directement liée à la libération rapide d’une importante quantité de chaleur océanique accumulée dans les profondeurs au fil des années.

Une mécanique des fluides dictée par les précipitations et les tempêtes

Avant l’année charnière de 2015, un phénomène de stratification s’est mis en place à la surface de l’océan. Les précipitations croissantes, composées de pluie et de neige, ont créé une couche d’eau douce moins salée et de plus faible densité. Ce véritable couvercle aqueux a eu pour effet de piéger les eaux plus chaudes situées dans les couches inférieures. Les relevés indiquent que cette couche profonde affiche des températures de deux à trois degrés supérieures à celles des eaux de surface, qui restent proches du point de congélation en raison de leur exposition à l’atmosphère glaciale.

Le maintien de ces eaux relativement chaudes en profondeur a permis à la glace de mer de s’étendre, résistant ainsi au réchauffement climatique ambiant. La donne a changé avec l’augmentation des tempêtes autour de l’Antarctique au cours des dernières décennies, un phénomène fort probablement lié au changement climatique. Les vents intenses ont provoqué un brassage des eaux, entraînant une remontée des eaux chaudes vers la surface, ce qui a déclenché le retrait de la banquise.

Earle Wilson, professeur adjoint en sciences du système terrestre à la Stanford Doerr School of Sustainability et auteur principal de l’étude, explique la dynamique en jeu. « Nous avons retracé les récents extrêmes de l’étendue de la glace de mer jusqu’à la combinaison d’une augmentation des précipitations et d’une remontée d’eau due aux vents », précise le chercheur. « Nous avons identifié ces deux effets concurrents, qui augmentaient tous deux de concert, mais dans des proportions différentes au fil des ans. Pendant un certain temps, les précipitations gagnaient jusqu’à ce que la remontée d’eau prenne le dessus. »

Vingt années de données captées par le réseau de robots Argo

Pour parvenir à ces conclusions, l’équipe de chercheurs s’est appuyée sur une base d’informations d’une richesse exceptionnelle. Au cours du dernier quart de siècle, la collecte de données sous-marines a connu une avancée majeure grâce au déploiement du réseau mondial Argo, composé de milliers de flotteurs autonomes. La plupart opèrent en eau libre à l’extérieur de la zone de glace, mais certains voyagent sous la glace saisonnière. Ils y naviguent et effectuent des relevés avant de remonter à la surface à l’arrivée de l’été pour transmettre leurs mesures.

L’équipe de Stanford a compilé et analysé vingt ans de ces données sous-marines jusqu’alors inexploitées. L’une des découvertes majeures issues de ce travail est que la remontée d’eau chaude a commencé plusieurs années avant l’inversion de la tendance des glaces au milieu des années 2010. « Ces données nous ont indiqué qu’un autre processus a dû retarder la libération de l’eau chaude de subsurface et donc le déclin de la glace de mer, ce qui nous a conduits à examiner les tendances de la salinité et de l’eau douce », souligne Earle Wilson.

Lexi Arlen, doctorante en sciences du système terrestre au sein du Polar Ocean Dynamics Group dirigé par Earle Wilson et co-auteure de l’étude, témoigne de l’importance de cette approche. « Il était très excitant de pouvoir utiliser une combinaison de données et de modélisation idéalisée pour expliquer à la fois les phases observées d’expansion et de retrait de la glace de mer », raconte-t-elle. Earle Wilson ajoute : « Il a été instructif d’avoir enfin suffisamment de données sous la glace largement réparties pour discerner les tendances océaniques d’une année sur l’autre autour de l’Antarctique. Notre article est l’un des premiers à exploiter pleinement ces données pour expliquer les tendances de la glace de mer antarctique au cours des deux dernières décennies. »

Le rôle fondamental de l’océan Austral face aux activités humaines

Les résultats de cette étude apportent un éclairage crucial sur les conditions complexes qui règnent à l’extrême sud de la planète. L’océan Austral joue un rôle moteur dans la circulation océanique mondiale et absorbe une grande partie de la chaleur piégée par les émissions liées à l’activité humaine. L’interaction entre l’eau et la glace dans cette région dicte l’équilibre de nombreux écosystèmes et courants planétaires.

Ces récentes découvertes complètent de précédents travaux menés par le groupe de recherche d’Earle Wilson. L’équipe avait déjà attribué la tendance refroidissante déroutante observée dans l’océan Austral sur plusieurs décennies à une sous-estimation des précipitations et de l’eau de fonte. La stratification accrue des eaux a en effet rendu le mélange vertical des températures beaucoup plus difficile au fil du temps.

L’importance de ces mécanismes dépasse largement les frontières de l’Antarctique. « L’océan Austral est un rouage central du système climatique mondial, et la glace de mer sert de médiateur à une grande partie de ce qui s’y passe », insiste Earle Wilson. « Pour établir la confiance dans nos projections climatiques régionales, y compris pour des processus tels que la fonte de la calotte glaciaire antarctique et l’élévation du niveau de la mer, nous devons comprendre les mécanismes qui déterminent la variabilité de la glace de mer antarctique. »

L’énigme tenace du secteur pacifique et les défis futurs

Malgré ces avancées, une pièce du puzzle échappe encore aux scientifiques. Les flotteurs Argo n’ont pas détecté les mêmes conditions dans le secteur pacifique, situé à l’ouest de la péninsule Antarctique et s’étendant jusqu’à la mer de Ross, comparativement au côté atlantique. Pourtant, la glace de mer a connu des cycles d’expansion et de contraction tout à fait similaires dans cette zone pacifique.

« Nous avons observé des tendances opposées dans le secteur Pacifique, l’intérieur de l’océan devenant plus froid plutôt que plus chaud après le déclin de la glace de mer », constate Earle Wilson. « Cela reste une partie sans réponse du puzzle. » Pour résoudre cette contradiction apparente, les chercheurs ont pour projet d’étudier et de modéliser d’autres mécanismes susceptibles d’avoir un impact fort de ce côté du continent. Ils envisagent d’analyser les changements dans la dérive des glaces ou l’augmentation du mélange océanique turbulent engendré par la fréquence accrue des tempêtes.

Le travail d’observation est loin d’être terminé. « L’océan a une longue mémoire et peut entraîner des changements sur plusieurs années d’une manière que la météo ne peut pas faire », conclut Earle Wilson. « Nous prévoyons de continuer à surveiller les données océaniques et de travailler à l’élaboration d’une théorie qui nous aidera à anticiper les changements de l’étendue de la glace de mer antarctique dans les décennies à venir. »

Selon la source : phys.org